中國科學院太空制造技術重點實驗室

CAS Key Laboratory of Space Manufacturing Technology

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研究進展

突破前驅體陶瓷材料3D打印技術,瞄準重大應用需求

  發布時間:2018-06-20     瀏覽次數:733  分享至:

近日,中國科學院太空制造技術重點實驗室(SMT)科研人員率先使用自主創新研發的面曝光立體光刻陶瓷3D打印機Ceramatrix在國內首次實現了3D打印有機前驅體聚硼硅氮烷(PBSN),并成功燒結制備了形狀復雜的SiBCN陶瓷制件,具有優異的耐高溫、抗蠕變性能,耐溫可達1500 ℃,填補了我國在前驅體陶瓷材料3D打印領域的空白。該研究成果以“The fabrication of SiBCN ceramic components from preceramic polymers by digital light processing (DLP) 3D printing technology”為題發表在《Journal of the European Ceramic Society》期刊上。

耐熱陶瓷可承受高溫或極端環境,可用于制造發動機熱端部件、火箭噴嘴和頭錐等組件,但這些熱穩定工程陶瓷不容易鑄造或加工成必要的復雜外形。2016年美國HRL實驗室研發出一種制作超強陶瓷材料的3D打印技術—前驅體陶瓷材料3D打印技術,成品能承受超過1400 ℃高溫。由于該方法可以實現高折射率陶瓷材料的3D打印成型,制備復雜結構先進陶瓷零部件,有望滿足其在高技術領域的應用。

SMT重點實驗室科研人員通過將高陶瓷產率的有機前驅體PBSN化學改性賦予其光敏特性,配合最優打印參數成功3D打印成型高精度陶瓷前驅體素胚。然后,科研人員將陶瓷前驅體素胚進行高溫燒結,得到形狀保持完好的SiBCN陶瓷構件。科研人員對燒結后的SiBCN陶瓷材料的熱穩定性進行了測試,測試結果表明,1500℃下,重量僅損失0.35%,體現了SiBCN陶瓷材料具有優異的熱穩定性能。

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PBSN化學式;           PBSN,光敏樹脂單體,UV照射前后混合物的傅里葉紅外光譜圖

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(a, b, c)3D打印陶瓷前驅體素胚,(d, e, f)為相應的燒結后的SiBCN陶瓷構件


該技術實現了有機前驅體制備陶瓷與3D打印的完美結合,可以獲得表面光潔度高、外形及內部結構精細、復雜特別是性能優異的陶瓷材料,將在超高聲速飛行器、航天推進系統原件、隔熱器件、多孔燃燒器及微機電系統元器件等領域獲得廣泛應用,其發展前景十分可觀!SMT重點實驗室科研人員將繼續提升3D打印陶瓷前驅體制件的性能,豐富陶瓷前驅體的種類,實現高精度、高性能、并具有特殊功能的精密陶瓷構件的3D打印,并大力推廣陶瓷前驅體3D打印技術在超高溫熱防護等方面的重要應用!

論文鏈接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0955221918304187

 


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